【正文】 1) 同樣，聲納安全距離 0 (1 cos )d ???。 側(cè)面存在障礙物時(shí)的安全距離選取 接下來，分析側(cè)面存在障礙物時(shí)安全距離選取。 圖 2 5 前方有障礙物安全距離確定 7 由上圖可知 R 的大小是與機(jī)器人的運(yùn)動速度有關(guān)系的， v 越大則 R 越大，一般的機(jī)器人的運(yùn)動速度在 5cm/s 到 10cm/s 之間，若 v=10cm/s 時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)所得，根據(jù)最小二乘法處理得出， cm? ，聲納在移動機(jī)器人的分布半徑是 25cm，因此機(jī)器人的實(shí)際安全距離應(yīng)該是： 1 5 .8 2 5 4 0 .8D cm? ? ?。圓弧運(yùn)動是由于機(jī)器人的左右輪在行進(jìn)過程中的速度不一樣而產(chǎn)生的，如果假設(shè)移動機(jī)器人的運(yùn)動速度表示為 v， 轉(zhuǎn)動時(shí)的圓弧運(yùn)動半徑為 R，并且在碰撞到前方障礙物之前機(jī)器人旋轉(zhuǎn) 90○ 。 前方存在障礙物時(shí)的安全距離選取 首先我們分析前方存在障礙物時(shí)安全距離選取。 接下來，我們根據(jù)兩種不同的情況進(jìn)行討論安全距離的選取方法。 移動機(jī)器人在行進(jìn)過程中要盡量做到與周圍的物體一定的安全距離距周圍的物體有一定的距離，以免碰觸到障礙物，這個(gè)距離就是最小的安全的距離。經(jīng)過方程式（ 22）與（ 27）比較，存在一定誤差，若是工作時(shí)間較長，誤差會更加大，會影響到機(jī)器人運(yùn)動的精確度，所以應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)牟蓸訒r(shí)間來提高精確度，降低誤差。假設(shè)rplk ??? 6 移動機(jī)器人的左右輪的計(jì)數(shù)脈沖在第 k 個(gè)采樣周期中分別為 km 和 kn ，那么式子 22 便可以寫成 ? ?? ?? ?111c ossi n2k k k k kPk k k k kPk k k kPRx x m n tMRy y m n tMRm n tDM???????????? ? ? ????? ? ? ????? ? ? ??? (27) 式子 27 中， 1 1 1,k k kxy ?? ? ?和 是第 1k? 周期的位移與方向角度， pM 是輪子轉(zhuǎn)動一圈的脈沖數(shù)， t? 是采樣時(shí)間。 這樣方便控制，同樣我們的輪子是由兩個(gè)直流伺服電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動的。則得出 1 ()2 lrRv ???? (24) 2 ()2 rlRv D ???? (25 ) 上式中， R 為驅(qū)動輪的半徑， D 為兩輪間的距離。 建立機(jī)器人的結(jié)構(gòu)模型如 圖 2 3 移動機(jī)器人坐標(biāo)變換 圖 2 4 移動機(jī)器人運(yùn)動示意圖 所示，圖中 XOY 作為絕對坐標(biāo)系，則 Rxoy 作為相對坐標(biāo)系，該坐標(biāo)是以機(jī)器人兩輪之間中心點(diǎn)連線的中點(diǎn) Ro 作為參考點(diǎn)，從而得出運(yùn)動學(xué)模型。所以在運(yùn)動過程中只能做直線運(yùn)動與圓弧運(yùn)動，若兩個(gè)輪子的線速度一樣時(shí)，該機(jī)器人就是進(jìn)行直線行駛；若是兩個(gè)輪子的線速度不同時(shí)，該機(jī)器人就是做半徑一定的圓弧運(yùn)動。) s iny y x y ?? ? ? （ 23） 經(jīng)過以上分析，就可以進(jìn)行局部與全局坐標(biāo)系之間的變換。) c o sx x x y ?? ? ? (22) 5 220 ( 39。xtg y???? (21) 因此， A 點(diǎn)在絕對坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值 ? ?,xy 為 220 ( 39。根據(jù)三角變換可得 39。, 39。在機(jī)器人運(yùn)動的過程中，機(jī)器人的內(nèi)部坐標(biāo)系的數(shù)值與實(shí)際情況下的絕對坐標(biāo)系之間進(jìn)行不斷地轉(zhuǎn)換。但是本文是使用絕對定位，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)變 換，也就是絕對坐標(biāo)系。移動機(jī)器人的坐標(biāo)系是由絕對坐標(biāo)系與相對坐標(biāo)系構(gòu)成的，我們所用的超聲波傳感器探測到的參數(shù)信息是指移動機(jī)器人探測到障礙物的距離，是相對機(jī)器人而言的。目前都會在移動機(jī)器人上安裝測量設(shè)備，為的是在行進(jìn)過程中測量一些行進(jìn)參數(shù)，并且根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得出當(dāng)前機(jī)器人的位姿信息。運(yùn)動學(xué)方程就是來描述系統(tǒng)所處的位置與位姿的方程，它沒有考慮到系統(tǒng)移動過程中的變化，只是研究了位姿與其相對的時(shí)間周期還有其他變量之間的導(dǎo)數(shù)關(guān)系。首先構(gòu)建仿真平臺，使用 Matlab 建立模糊控制工具箱，做到輸入量通過模糊控制器有確定的輸出量輸出，將工具箱的建立做個(gè)仿真，并與第三章模糊推理的結(jié)果對比，驗(yàn)證工具箱建立成功，最后再 進(jìn)行機(jī)器人的仿真、模糊算法仿真以及系統(tǒng)仿真。首先我們先了解當(dāng)前模糊邏輯控制研究現(xiàn)狀，并介紹模糊控制的理論基礎(chǔ)以及模糊控制系統(tǒng)的組成，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行移動機(jī)器人模糊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為了用 Matlab 建立模糊控制工具箱，首先先選定輸入輸出量，建立其隸屬度函數(shù)，設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則，然后進(jìn)行模糊推理與解模糊。為了對機(jī)器人的運(yùn)動做定量的研究，首先要選定機(jī)器人的坐標(biāo)系，在本論文中我們選擇絕對坐標(biāo)系；然后再建立機(jī)器人的運(yùn)動模型及位姿的確定，為清楚分析機(jī)器人運(yùn)動時(shí)的角度；同時(shí)要進(jìn)行遇障礙物時(shí)的安全距離的選取，使得機(jī) 器人更好的完成避障。首先說明該選題的研究背景以及意義，并介紹國內(nèi)外避障算法的研究現(xiàn)狀，更多的了解當(dāng)前研究的大環(huán)境，再對目前一些常用的避障算法進(jìn)行介紹，根據(jù)以上內(nèi)容最后介紹本論文的主要內(nèi)容以及安排。首先進(jìn)行移動機(jī)器人模糊控制策略研究，再進(jìn)行自主避障算法設(shè)計(jì)以及仿真，在避障算法設(shè)計(jì)上，本文引入模糊控制理論，設(shè)計(jì)模糊控制器，通過對環(huán)境信息 及被控對象的自身信息的采集和處理，對被控對象進(jìn)行控制，使得被控對象進(jìn)行行動，以達(dá)到避障目的。 論文主要內(nèi)容及論文安排 機(jī)器人避障如今已是機(jī)器人技術(shù)中的關(guān)鍵之一，雖然之前各位學(xué)者們就已研究了機(jī)器人人避障的問題，但為實(shí)現(xiàn)移動機(jī)器人在環(huán)境未知或部分未知情況下進(jìn)行動態(tài)避障的要求。 遺傳算法：在 60 年代初由 提出的，這種方法是借助生物的自然選擇和遺傳機(jī)制的搜索算法。 人工勢場法：由 Khatib 提出的一種虛擬力法，就是機(jī)器人在人工受力場中運(yùn)動，障礙物對機(jī)器人產(chǎn)生一定的斥力，同時(shí)目標(biāo)點(diǎn)對機(jī)器人也生引力，此時(shí)兩力的合力為移動機(jī)器人的加速力，進(jìn)而控制機(jī)器人的方向 [14]。 局部避障方法 模糊邏輯算法：是仿照生物躲避障礙物的思想，把思想里的感覺與行動統(tǒng)一協(xié)作。常用可視圖法，將機(jī)器人的初始點(diǎn)和終點(diǎn)以及軌跡都由點(diǎn)來表示，在障礙物密集處由于搜索時(shí)間長，可能會碰觸障礙物。 柵格法：將移動機(jī)器人的工 作環(huán)境分成有二值信息的網(wǎng)絡(luò)單元，每一個(gè)柵格都有一個(gè)累積值，累積值表示的是該位置上有障礙物的可信度。 全局避障方法 自由空間法：采用預(yù)先定義的基本形狀，如廣義錐形、凸多邊形等來構(gòu)造自由空間，再將其表示成連通圖，再經(jīng)過搜索連通圖進(jìn)行路徑規(guī)劃 [13]。 本章介紹了移動機(jī)器人自主避障常用的方法。 避障常用算法介紹 機(jī)器人自身的智能水平是通過機(jī)器人的如何定位、路徑規(guī)劃和運(yùn)動控制這三個(gè)方面來實(shí)現(xiàn)的。 國內(nèi)外避障算法研究現(xiàn)狀 國外避障算法研究現(xiàn)狀 加拿大 Alberta 大學(xué)開發(fā)了自己的集體機(jī)器人試驗(yàn)系統(tǒng)，并模擬昆蟲的群集行為，對系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)和算法進(jìn)行深入分析和探討 ,得出了移動機(jī)器人避障算法的可行解 [1]； 等人發(fā)明了一種避障算法位姿空間法 [2]； Khatib 提出一種虛擬力人工勢場法進(jìn)行避障研究 [3] ； [4]等人提出的應(yīng)用于機(jī)器人避障的遺傳算法的改進(jìn)方法在柵格劃分的基礎(chǔ)上，直接采用柵格序號實(shí)數(shù)編碼，縮短了個(gè)體長度，提高計(jì)算效率，獲得了較好的仿真結(jié)果，但是柵格的劃分影響算法整體的性能，同時(shí)限制了路徑節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)獲取的隨機(jī)性； S. S. Roy [5]等人將 GA 與模糊推理技術(shù)結(jié)合，遺傳算法負(fù)責(zé)搜索和優(yōu)化，而模糊推理處理未知以及不明確的狀況，有效的解決動態(tài)避障的問題； Kazuo Sugihara and John Smith 在二維結(jié)構(gòu)化空間中，采用柵格劃分機(jī)器人工作空間 [6]，將柵格序號采用 二進(jìn)制編碼，統(tǒng)一確定其個(gè)體長度，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性和可行性。 2 本設(shè)計(jì)中，研究移動機(jī)器人自主避障的常用方法，然后設(shè)計(jì)模糊邏輯避障控制系統(tǒng)，在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制算法研究并進(jìn)行仿真。模糊控制主要是模仿人的控制經(jīng)驗(yàn)而不是依賴于被控對象的數(shù)學(xué)模型；當(dāng)系統(tǒng)僅能夠提供近似的、定性的、不確定的數(shù)據(jù)時(shí)，模糊算法比較有用。二是機(jī)器人的智能化，其技術(shù)多元化融入了人工智能還有多種較新興的模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、傳感器等計(jì)算機(jī)技術(shù)，使得移動機(jī)器人具有自主計(jì)算分析環(huán)境的能力，這也促使機(jī)器人的智能技術(shù)快速發(fā)展。 選題研究意義 當(dāng)今社會，機(jī)器人技術(shù)主要有兩個(gè)發(fā)展趨勢 :一是生產(chǎn)系統(tǒng)的逐漸機(jī)器人化，基于工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用上的考慮，自動化生產(chǎn)系統(tǒng)從 單機(jī)自動化變?yōu)檐囬g自動化，也從原本的個(gè)體機(jī)器人過度操作變成群體機(jī)器人的協(xié)調(diào)合作。 與國外移動機(jī)器人技術(shù)相比較，國內(nèi)的起步較晚，相關(guān)的研究所設(shè)備和技術(shù)人員也較缺乏，技術(shù)相對而言也稍顯稚嫩。 20xx 年，麻省理工學(xué)院媒體試驗(yàn)室研制了一種新型移動機(jī)器人，命名為 NEXI,代號 MDS，意思為移動靈巧。 進(jìn)入 90 年代后，涌現(xiàn)出很多智能機(jī)器人，如 CMU 的 Navlab 系列移動機(jī)器人系統(tǒng)；德國 Vamorsp 和 Caravelle 系統(tǒng)；日本本田公司的 p 系列和 ASIMO 人型機(jī)器人；日本索尼的 SDR3X 人型機(jī)器人和 AIBO 娛樂型機(jī)器人等各方面現(xiàn)金研究結(jié)果。 Shakey 能夠做到自主感知，環(huán)境建模，行為規(guī)劃及執(zhí)行任務(wù)，能夠?qū)ふ夷繕?biāo)或者將物體推動至指定位置。從 20 世紀(jì)七八十年代開始，日本汽配車間配有十幾臺電焊移動機(jī)器人完成電焊作業(yè)；美國從學(xué)術(shù)角度單純的研究戶外移動機(jī)器人、研制采用人工智能學(xué)的移動機(jī)器人能夠自主進(jìn)行感知，環(huán)境建模，行為規(guī)劃以及執(zhí)行任務(wù)； 20xx 年美國 Actic Media 機(jī)器人公司開發(fā)出先鋒系列第 3 代機(jī)器人 Pioneer3AT,裝配先進(jìn)的激光導(dǎo)航、超生定位、立體攝像測距及羅盤定位、通過以太網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制。并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果對算法進(jìn)行改進(jìn)和完善。然后進(jìn)行機(jī)器人的建模，并在此基礎(chǔ)上，再采取模糊邏輯控制法進(jìn)行避障算法研究，建立模糊邏輯控制器。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 摘要 自主避障的能力是移動機(jī)器人智能化程度的重要指標(biāo)，也是智能型車輛安全行駛的重要保障。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 畢 業(yè) 論 文 基于模糊邏輯的自主移動級機(jī)器人避障控制算法研究 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。 作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 使用授權(quán)說明 本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 作者簽名： 日期： 年 月